無(wú)間隙原子鋼（Interstitial-free steel，簡(jiǎn)稱IF鋼）因其優(yōu)異的深沖性能而成為繼沸騰鋼、鋁鎮(zhèn)靜鋼后的第三代汽車(chē)沖壓用鋼，成功解決了汽車(chē)難沖件的成形問(wèn)題[1]。目前，在國(guó)內(nèi)一些主要鋼廠，IF鋼的最終退火方式為連續(xù)退火。與罩式爐相比，連續(xù)退火具備產(chǎn)品表面質(zhì)量好、板形好、性能均勻、缺陷少、生產(chǎn)效率高、節(jié)省勞動(dòng)力、成材率高等優(yōu)點(diǎn)，從而取代了罩式退火技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了冷軋帶鋼的快速、經(jīng)濟(jì)和大規(guī)模生產(chǎn)[2]。本鋼集團(tuán)引進(jìn)冷軋連續(xù)退火線大幅提高了本鋼汽車(chē)板的市場(chǎng)占有率，尤其是2#連續(xù)退火機(jī)組設(shè)計(jì)寬度為2150 mm，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)2050 mm以上寬度冷軋產(chǎn)品的空白。但是冷軋連續(xù)退火線生產(chǎn)產(chǎn)品性能存在差異，本文通過(guò)分析影響因素進(jìn)而調(diào)整連續(xù)退火工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品性能的同質(zhì)。

1.   產(chǎn)品現(xiàn)狀及問(wèn)題

冷軋IF鋼作為本鋼汽車(chē)板主要的供貨鋼種，尤其DC06鋼種主要大量用于門(mén)內(nèi)板、行李箱蓋板、油底殼等極難沖件，這就對(duì)鋼的性能提出更高的要求。冷軋IF鋼的性能與鋼的化學(xué)成分、熱軋工藝、冷軋工藝及退火工藝有關(guān)，而退火工藝是影響IF鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵工序[3]。

本鋼DC06鋼生產(chǎn)以1#和2#連續(xù)退火機(jī)組為主，成分要求及工序流程均一致，主要成分見(jiàn)表1。兩條連續(xù)退火線的工藝完全相同，具體工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

兩條連續(xù)退火線生產(chǎn)的DC06性能存在的一定的差異。以2020年某月寬度≤1700 mm的DC06鋼性能數(shù)據(jù)為例，見(jiàn)表3。

從表3可以看出，2#連續(xù)退火線生產(chǎn)的DC06鋼的屈服強(qiáng)度較1#連續(xù)退火線的低8.4 MPa，抗拉強(qiáng)度低5.1 MPa。由于1#連續(xù)退火投產(chǎn)時(shí)間較早且生產(chǎn)較為成熟，因此以1#連續(xù)退火線產(chǎn)品性能為標(biāo)桿，對(duì)2#連續(xù)退火線的工藝進(jìn)行調(diào)整以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能一致性。

2.   影響因素分析

IF鋼性能主要受退火后晶粒尺寸、晶粒形貌及位錯(cuò)密度影響。由于IF鋼含碳量極低，在退火過(guò)程中只涉及鐵素體的再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大，故緩冷段、快冷段、過(guò)時(shí)效段及終冷段工藝對(duì)晶粒尺寸及形貌的影響可忽略，而退火后的平整過(guò)程對(duì)IF鋼的位錯(cuò)密度有影響。因而對(duì)IF鋼性能起決定性影響的主要工藝參數(shù)為退火溫度、保溫時(shí)間及平整延伸率。

2.1   退火溫度和工藝速度

選取DC06鋼（寬度≤1700 mm），限定其他工藝參數(shù)，觀察屈服強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度與退火溫度及工藝速度的關(guān)系，如圖1和圖2所示。

從圖1和圖2可以看出，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度與退火溫度呈反比，與工藝速度呈正比，且抗拉強(qiáng)度相較于屈服強(qiáng)度對(duì)溫度和速度的敏感度更高些。退火溫度每提高10 °C，屈服平均降低1.8 MPa，抗拉強(qiáng)度降低2.9 MPa；工藝速度每提高20 m/min，屈服強(qiáng)度提高1.2 MPa，抗拉強(qiáng)度提高1.5 MPa。

由于兩條連續(xù)退火線投產(chǎn)時(shí)間及產(chǎn)線設(shè)備的供應(yīng)商不同，退火爐的實(shí)際能力也不同。本鋼1#連續(xù)退火線退火爐供貨商為日本JFE，2#連續(xù)退火線退火爐供應(yīng)商為比利時(shí)DREVER，各段道次數(shù)及長(zhǎng)度具體見(jiàn)表4。

從表4可以發(fā)現(xiàn)，2#連續(xù)退火線加熱和保溫段的長(zhǎng)度較1#連續(xù)退火線長(zhǎng)近230 m，在相同工藝速度下，帶鋼在2#連續(xù)退火線加熱和保溫段的時(shí)間大于1#連續(xù)退火線。以0.8 mm的板厚度為例，在速度同為200 m/min的條件下，根據(jù)公式（1）可知，2#連續(xù)退火線經(jīng)過(guò)加熱和保溫段的時(shí)間較1#連續(xù)退火線多69 s。

式中，t為帶鋼經(jīng)過(guò)加熱和保溫段時(shí)間，s；s為加熱和保溫段長(zhǎng)度，m；v為工藝速度，m/min。

由于兩條連續(xù)退火線的DC06鋼種退火溫度一致，2#連續(xù)退火線的再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大的時(shí)間較1#連續(xù)退火線長(zhǎng)，再結(jié)晶過(guò)程會(huì)更加充分，晶粒度相對(duì)更小，因此屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相對(duì)也會(huì)相對(duì)較低。因而提高其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度可考慮降低退火溫度和提升工藝速度。

2.2   平整延伸率

平整的目的和作用是為了消除退火帶鋼的屈服平臺(tái)，獲得良好的帶鋼機(jī)械性能，改善板形并使帶鋼表面具有一定的粗糙度。

對(duì)于IF鋼來(lái)說(shuō)，平整延伸率對(duì)屈服強(qiáng)度影響較大，平整延伸率與屈服強(qiáng)度成正比關(guān)系[4]，這是由于IF鋼中無(wú)C/N間隙原子，平整過(guò)程使位錯(cuò)密度增加，造成了加工硬化的效果，使屈服強(qiáng)度不斷增加。同時(shí)平整后，表層部分晶粒被拉長(zhǎng)，且變得細(xì)小，塑性變形擴(kuò)展受到晶界的阻礙作用越大，故有利于提高鋼的強(qiáng)度和硬度[5]。

圖3可以看出，屈服強(qiáng)度與平整延伸率呈正比。平整延伸率每提高0.1%，屈服強(qiáng)度平均提高4.6 MPa；抗拉強(qiáng)度受平整延伸率影響不明顯。為實(shí)現(xiàn)兩條連續(xù)退火線DC06性能的同質(zhì)，在降溫提速的同時(shí)，也可通過(guò)調(diào)整平整延伸率的手段實(shí)現(xiàn)。

3.   優(yōu)化措施

為保證機(jī)組工藝操作的穩(wěn)定性，提高2#連續(xù)退火線的工藝速度來(lái)減少帶鋼的保溫時(shí)間的方案暫不考慮。選擇厚度0.8 mm（1#樣本）和1.4 mm（2#樣本）兩個(gè)厚度規(guī)格（分別為同一熔煉號(hào)）的DC06鋼種進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)前期的分析結(jié)果，參照1#連續(xù)退火線，對(duì)2#連續(xù)退火線的退火溫度及平整延伸率進(jìn)行了調(diào)整，具體方案及性能情況見(jiàn)表5和表6。

調(diào)整方案均依次按順序進(jìn)行，并根據(jù)前一個(gè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋進(jìn)行調(diào)整。方案1和方案2是對(duì)退火溫度進(jìn)行降溫15 ℃和25 °C的實(shí)驗(yàn)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均有降低，降溫25 °C后的抗拉強(qiáng)度更接近1#連續(xù)退火線的水平，降溫實(shí)驗(yàn)停止。在方案2的基礎(chǔ)上對(duì)平整延伸率進(jìn)行調(diào)整，分別增加0.1%和0.2%，發(fā)現(xiàn)方案3的屈服強(qiáng)度更接近1#連續(xù)退火線的水平。通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，2#連續(xù)退火DC06鋼種退火溫度（825±10） °C，平整延伸率0.7%時(shí)性能與1#連續(xù)退火線的比較接近。

4.   分析與討論

將參照樣本（1#連續(xù)退火線）與2#連續(xù)退火線工藝調(diào)整后的兩個(gè)樣本分別采用金相切割機(jī)水冷切割、夾持，用180#、320#、600#和800#砂紙研磨，3.5 μm拋光劑粗拋，再以0.5 μm細(xì)拋光,后采用體積分?jǐn)?shù)4%的硝酸酒精腐蝕4 s后，利用ZEISSAxioPlan2顯微鏡進(jìn)行金相觀察（圖4）。

通過(guò)金相對(duì)比，4個(gè)試樣的晶粒度均為10，100%鐵素體組織，晶粒形貌較接近，再結(jié)合拉伸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：2#連續(xù)退火線退火溫度降低25 °C、平整延伸率提高0.1%后，1#連續(xù)退火線和2#連續(xù)退火線生產(chǎn)的DC06鋼種可實(shí)現(xiàn)性能同質(zhì)。

5.   結(jié)束語(yǔ)

（1）本鋼2#連續(xù)退火線退火段工藝裝備與1#連續(xù)退火線不同，在相同原料及工藝要求下，性能存在差異。因而產(chǎn)品的退火溫度必須考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到不同產(chǎn)線生產(chǎn)出相同性能產(chǎn)品的目的。

（2）IF鋼的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度與退火溫度成反比，與工藝速度呈正比，抗拉強(qiáng)度相對(duì)屈服強(qiáng)度對(duì)退火溫度及工藝速度的敏感度較高；屈服強(qiáng)度與平整延伸率成正比，平整延伸率對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響可忽略不計(jì)。

（3）針對(duì)DC06鋼種，退火溫度每提高10 °C，屈服平均降低1.8 MPa，抗拉強(qiáng)度降低2.9 MPa；工藝速度每提高20 m/min，屈服強(qiáng)度提高1.2 MPa，抗拉強(qiáng)度提高1.5 MPa；平整延伸率每提高0.1%，屈服強(qiáng)度平均提高4.6 MPa。

（4）在保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，為實(shí)現(xiàn)DC06性能同質(zhì)，2#連續(xù)退火線在原有工藝速度的基礎(chǔ)上，需降溫25 °C、提高平整延伸率0.1%，這既能節(jié)約能耗、降低成本，同時(shí)也為下一步同質(zhì)同價(jià)奠定基礎(chǔ)。

文章來(lái)源——金屬世界